Типы связей материалов

Самопроизвольная и несамопроизвольная кристаллизация.

Основы металлургии. Формирование структуры литых металлов.

Пусть металл расплавлен а затем охлаждается. Переход из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе при охлаждении - вторичная кристаллизация.

Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно идущих процессов - зарождения и роста кристаллов.

Связи, возникающие между частицами в кристалле заданы Электронным строением атомов, вступающих во взаимодействие. Силы, возникающие между атомами зависят от расстояния между частицами. Силы притяжения появляются при взаимодействии электронов с положительно заряжённым ядром собственного атома и ядрами соседних атомов. Проявляются они при сильном сближении. Силы отталкивания между одноименными зарядами (между положительно заряжёнными ядрами соседних атомов) препятствуют сильному сближению. На некотором расстоянии силы электронного притяжения и ядерного отталкивания уравновешиваются. И этим расстоянии определяются период кристаллической решетки. На энергетику взаимодействия атомов внутри кристалла влияет также количество внутренних электронных оболочек внутри каждого атома.

1. Молекулярная связь (связь Ван-дер-Ваальса) - образуется между молекулами с ковалентным внутримолекулярным взаимодействием. Ковалентное означает взаимодействие с помощью пары электронов, принадлежащих по одному каждому из двух атомов. (рис 1.) межмолекУлярное взаимодействие возникает при согласованном движении валентных электронов. В любой момент электроны максимально удалены друг от друга и максимально приближены к ядрам. Тогда силы притяжения валентного элеткрона ядром соседней молекулы будут больше сил взаимного отталкивания электронных оболочек этих атомов. Эта связь слабая.

Пример: парафин (температура плавления - 50-52).

Связи Ван-дер-Ваальса возникают также из-за образования электрических диполей.

2. Ионная связь - возникает в кристаллах между противоположно заряжёнными ионами. Силы притяжения между ионами обеспечивают прочность из часто такие материалы имеют внутренний дипольный электрический момент.

3. Донорно-акцепторная связь - возникает, когда один атом (донор) отдает другому атому (акцептор) элетрон. Акцептор заряжается отрицательно, донор положительно, Затем они образуют химическое соединение, в котором работает ионная связь и, чаще, плюс ковалентная связь. (п. 1.) До образования соединения Галий - легкоплавкий металл, температура плавления - 32 градуса Цельсия. Материалы с донорно-акцепторной связью обладают полупроводниковыми свойствами.

4. Металлическая - образуется как результат отрыва всех внешних электронов, т.е. электронов внешней орбиты каждого атома, формирования из ионов этих атомов кристаллической решетки и обобществления оторванных электронов в электронное облако этого куска металла. Электрическое притяжение между решеткой положительных зарядов и отрицательным облаком электронов обусловливает целостность металла. Изобилие свободно двигающихся внутри электронов обеспечивает высокую электропроводность металла и теплопроводность, а также отражение света. (п. 2) Пластические свойства металлов обеспечивается перемещением и скольжением атомных рядов. Электроны в объеме металла распределены равномерно, двигается хаотически

5. Ковалентная связь - в рей электронная плотность распределена неравномерно, она больше в направлениях, являющихся кратчайшими между атомами, и образует электронные мостики - это пары валентных электронов на одной общей для этой пары орбите. Каждый атом отдает на связь по одному валентному электрону и, например, в 4-х валентном кремнии такие связи каждый атом формирует с 4-мя соседями. При этом эффективно достраивается внешняя валетная оболочка до 8-ми электронов за счет связывающих электронов соседних атомов. Материалы с такой связью наиболее прочны (карбид кремния, алмаз), т.к. силы отталкивания положительно заряжённых ядер экранированы ковалентными электронами. Такие материалы прочнее металлов, т.к. в металлах обобществленные электрона не закреплены на линии атом-атом, а в ковалентной связи по каждому из направлений до ближайших атомов в кристаллической решетке есть пара отрицательных зарядов. В ковалентным связи может появляться дипольный момент, т.е. Молекулы могут быть полярными, когда центры положительных и отрицательных зарядов в них не совпадают. П. 1. Энергия связей это энергия, которую необходимо затратить для их разрушения, ее оценивают по теплота сублимации, температуре плавления, по твердости. Рассмотренные обеспечивают строение радиоматериалов, основа которого кристаллическая решетка. Внутри материала она порождает связанное с ней периодическое электростатичекое поле. Существует много пространственных решеток, кристаллических систем, РЭМ могут быть в виде крупных кристаллов (монокристаллов) или состоять из огромного числа мелких кристаллов - поликристаллическое строение. Аморфные материалы и стекла имеют хаотическое расположение частиц. Полупроводниковые диоды и транзисторы микросхем изготавливают из монокристаллического материала, для которого характерны:

1. Элементарная ячейка - наименьший объем вещества в форме. Параллелепипеда, тетраэдра, перемещаться которую вдоль трех координатных направлений можно смоделировать весь кристалл.

2. Постоянные решетки - длина элементарной ячейки.

3. Кристаллографические оси - идут по направлениям ребер ячейки.

Кристаллические структуры или типы решетки у материалов разные:

1. Простая кубическая решетка (атомы в вершинах куба), гранецентрировнная кубическая (атомы в вершинах куба и в центре каждой грани), объемноцентрированная кубическая (атомы в вершинах куба и в центре куба, но не гранях). Пространство кристаллической решетки характеризуется коэффициентом компактности, т.е. отношением объема, занимаемого атомами в элементарной ячейке ко всему объему ячейки. В решетках типа алмаза или кремния этот коэффициент 0,34, в материалах с ОЦК решеткой - 0,68, в ГЦК - 0,74. Поэтому полупроводниковый монокристаллический кремний при создании приборов эффективно проводим диффузионное внедрение примесных атомов.

Дата добавления: 2014-01-20